目前,國際上普遍用“能源效率”(energy efficiency)來替代20世紀70年代能源危機后提出的“節能”(energy conservation)一詞。
實際上,從國際權威機構對“節能”和“能源效率”給出的定義來看,兩者的涵義是一致的。按照世界能源委員會1979年提出的定義,節能是“采取技術上可行、經濟上合理、環境和社會可接受的一切措施,來提高能源資源的利用效率。”這就是說,節能是旨在降低能源強度(單位產值能耗)的努力,應在能源系統的所有環節,包括開采、加工、轉換、輸送、分配到終端利用,從經濟、技術、法律、行政、宣傳、教育等方面采取有效措施,來消除能源的浪費。
世界能源委員會在1995年出版的“應用高技術提高能效”中,把“能源效率”定義為:減少提供同等能源服務的能源投入。一個國家的綜合能源效率指標是增加單位GDP的能源需求,即單位產值能耗;部門能源效率指標分為經濟指標和物理指標,前者為單位產值能耗,物理指標工業部門為單位產品能耗,服務業和建筑物為單位面積能耗和人均能耗。
之所以用“能源效率”替代“節能”,是由于觀念的轉變。早期節能的目的,是為了通過節約和縮減來應付能源危機,現在則強調通過技術進步提高能源效率,以增加效益,保護環境。
物理能源效率指標通常用熱效率來表示。聯合國歐洲經濟委員會的定義是:在使用能源(開采、加工轉換、儲運和終端利用)的活動中所得到的起作用的能源量與實際消耗的能源量之比。
根據聯合國歐洲經濟委員會的物理指標能源效率評價和計算方法,能源系統的總效率由三部分組成:
開采效率,能源儲量的采收率。
中間環節效率,包括加工轉換效率和儲運效率,后者用能源輸送、分配和儲存過程中的損失來衡量。
終端利用效率,即終端用戶得到的有用能與過程開始時輸入的能源量之比。
中間環節效率與終端利用效率的乘積稱為“能源效率。”把終端利用效率混同于“能源效率”是錯誤的。例如,有人說:“中國的能源利用效率約為30%左右,日本和美國在50%以上。”實際上,前者是“能源效率”,后者是“終端利用效率。”
按照上述定義計算能源效率(熱效率)相當復雜,需要大量的動態數據,而且終端利用效率難以精確計算,特別是沒有考慮價格和環境因素的影響。
第一定律效率 first law efficiency by thermodynamics
熱力學第一定律表述為能量既不能產生也不會消失,只會由一種形式轉變為另一種形式。據此,能源轉換效率通常定義為由系統提供的功或者能量與輸入到系統中的能量之比。
第二定律效率 second law efficiency by thermodynamics
熱力學第二定律表述為系統中的熵總是增加的,也就是說,能量在轉換過程中損失了它的“品位”,或者做某種作業的能力。因此,轉換效率既要考慮數量又要考慮“品位”的損失。據此,第二定律效率ε定義為完成某種作業所需的有用功消耗的功之比,即: , Amin是完成該作業的最小能耗。
按照第二定律效率,大多數耗能括動的轉換效率小于10%,而第一定律效率則已達到很高的水平。典型的例子是家用燃油爐,第二定律效率只有5%,而第一定律效率高達60%。根據第一定律效率,似乎提高能效的潛力有限,但第二定律效率表明還有很大的潛力。
直接節能 direct energy saving
采取各種措施減少生產和生活中直接消耗的能源。直接節能的主要途徑是:改進能源管理;采用節能的技術、工藝、設備等措施。
間接節能 indirect energy saving
減少商品生產或服務所間接消的能源量而實現的節能,如降低工料、輔助原材料、零部件及其他消耗品的消耗,提高產品質量、合理延長設備和產品的使用壽命,改變經濟結構和產品結構等。
技術節能 technical energy saving
采取技術措施而實現的節能。技術節能措施主要有:通過能耗監測,改進操作和維護,提高現有設備或系統的運行效率;采用成熟的節能技術,對設備或系統進行技術改造;采用先進技術,更新設備和工藝等。
結構節能 structural energy saving
經濟結構是國民經濟中各種指標因素的縱向或橫向的數量比例關系的總和。結構節能系指經濟結構合理變化而少用的能源量。具體地說,是計算年為完成基準年的相同產值或產量,靠合理改變經濟結構而減少的能耗總量,或是相同數量的總能耗,由于經濟結構變化而解決了許算年部分產值或產量增長所需要的能源。通常,結構節能是間接節能的主要方面。對結構節能計算分析,一般按五個層次進行:部門結構、工業結構、行業結構、企業結構、產品結構。通過工業產值結構模式的理論計算得出,整個工業產品產值結構節能量基本等于全國工業產值結構節能量,可見工業其他層次結構節能量均反映在產品層次的結構節能量之中。
系統節能 system energy saving
利用系統工程的原理,全面考慮能源轉換、傳遞和利用整個系統的用能,使之整體優化,以達到整個系統的節能。按照系統劃分的范圍不同,有企業系統節能、行業系統節能、城市或地區系統節能和國家系統節能等。
能源強度 energy intensity
亦稱單位產值能耗。是指一個國家或地區、部門或行業單位產值一定時間內消耗的能源量,通常以噸(或公斤)油當量(或煤當量)/美元來表示。一個國家或地區的能源強度,通常以單位國內生產總值耗能量來表示。它反映經濟對能源的依賴程度,受一系列因素的影響,包括經濟結構、經濟體制、技術水平、能源結構、人口等。
能源消費彈性系數 elasticity of energy consumption
一個國家或地區某一年度一次能源消費量增長率與經濟增長率之比。經濟增長率通常采用國民生產總值或國內生產總值、國民收入的增長率。它反映能源與經濟增長的相互關系。由于產值和能耗都是綜合性指標,涉及經濟結構、管理體制、資源狀況、技術水平、人口多寡、氣候條件以至國際關系等許多因素。因此在一個國家的年度之間以及不同國家之間有很大的差異。第一次石油危機以來,能源來源和品種趨于多樣化,節能取得很大發展,各種能源之間的相互替代復雜多變,能源市場更加靈活,國際化更為突出,電氣化進程加速。這些因素使得能源與經濟的相互關系發生畸變,總的趨向是從緊密相關變得沒有規律,甚至相互脫節。因此,能源消費彈性系數不宜用作預測能源需求的依據。
能源效率的回彈效應 rebound effect of energy efficiency
是指依靠技術進步提高能源效率的幅度與一家公司、一個部門或一個國家的能源強度(單位產值能耗)的下降率不等同的現象。這是因為:只要價格保持不變,對效率更高的能源的需求就會增加,用戶會適應更低的能源服務價格。另外,高能源含量的產品的價格會下降,消費者會購買更多的這類產品。結果是能源效率提高不會完全轉為能源強度下降。
回彈效應的實質是用戶、家庭、公司關注的是能源服務(如照明、采暖、耗能器具的運行等),而不是能源的使用。技術效率的提高,即一種燃料或電源轉換成電力或能源服務的效率更高,會使能源服務量增加。如果燃料價格不變,能效提高會使能源服務價格下降,促使能源服務需求增加,從而產生燃料消費減少的反效應。
回彈效應不是消極的。公司、家庭轉向更有效的消費,意味著更多、價格更低的能源服務,從而促進經濟不斷增長。提高能效的作用,一部分轉為經濟增長,一部分轉為能源消費減少。在價格不變的條件下,若能效提高一倍,燃料消費的減少不到50% ,研究表明,民用部門約減少20%~50%。如果價格上升,在短期內,能源用戶采取的調整措施,會阻止回彈效應;隨著時間的推移,回彈效應越來越明顯。
能源效率的“松脫”效應 “ratchet effect” of energy efficiency
通常認為提高能源效率是可逆的過程,即它會隨著能源價格的升降而起伏。但實際上提高能效在不斷進行,這與提高能效的不可逆性或“松脫”效應有關。因為有關能效技術的知識不會因能源價格的下降而被忽略。例如當能源價格下降時,人們不會去掉既有住房的絕熱層,但如果預期能源價格將持續走低,人們可能建造不采取特別絕熱措施的新住房。
隨著技術的進步,能源強度趨于下降是顯而易見的。有兩個因素使能源強度下降的趨勢產生偏離:(1)回彈效應使技術改進的作用降低,并影響有效的節能。(2)能源價格的變化使用能行為和其他要素變得更為重要,但不規則地偏離能源強度下降的趨向。
節能率 energy saving rate
節能量與比較基準期的相應能源消費量之比。常用的數學表達式有以下幾種:
(1)以單位產品(產值)能耗表示
式中 —節能率;
△e—單位產品(產值)能耗的降低數量;
e1—比較基準期的單位產品(產值)能耗量。
(2)以能源利用效率表示
式中 —節能率;
—比較期末的能源利用效率比期初的提高值;
—比較期末的能源利用效率。
(3)用能源消費彈性系數表示
j=1-D
式中 j—節能率;
D-能源消費彈性系數
節能率用能源利用效率來表示時,如果原來的效率值較高,進一步提高難度較大,與原來的效率值較低的情況相比,同樣提高一個值,要付出更大的努力。
如計算一個時期內的年平均節能率,計算公式為:
式中的單位能源消耗量可按產值(產品)能耗等計算,n為基期與報告期間隔的年份數。
節能建筑 energy-saving building
設計和建造采用節能型結構、材料、器具和產品的建筑物。主要包括:(1)圍護結構。外墻和屋面,采用復合隔熱保溫結構,墻體材料采用加氣混凝土、多孔磚、空心砌塊、膨脹珍珠巖、巖棉、聚苯乙烯、聚氨酯泡沫塑料等;窗采用低導熱系數材料、熱反射或低發射率鍍膜中空玻璃。與中國常規建筑相比,采暖空調能耗可減少50%~80%;(2)采暖空調。采用燃氣熱電冷聯供系統;其中供熱采用高效鍋爐、雙管系統和調控裝置,熱表到戶,計量收費。節能潛力30%~35%;(3)采用高效燃氣和電熱水器,可節能15%。熱泵熱水器替代電阻熱水器,節能潛力50%;(4)照明。用緊湊型熒光燈替代白熾燈,可節能70%以上;細管熒光燈替代粗管熒光燈,可節能10% ;日光集光和分配照明系統,可節能 50%;(5)采用建筑用能計算機控制系統(采暖、通風、空調、照明等),可節能10%以上;(6)利用可再生能源。被動太陽房,一個采暖季可節能30kgce/m2;太陽熱水器,年節能120kgce/m2(集熱面積);先進太陽能建筑,光伏電池發電系統,熱泵,控制系統,高性能隔熱保溫材料,蓄熱林料和窗玻璃,可節能85%;地熱水供暖,一個采暖季可節煤40kg/m2;地源熱泵采暖空調,可節能30%以上。
智能建筑 intellectual building
智能建筑是建筑技術與電子信息技術相結合的產物,主要是指建筑物的信息管理和信息的綜合利用,包括信息的收集和綜合,信息的分析與處理,信息的交換與共享,樓宇設備的自動化控制是信息處理的一種形態。環境生態學、生物工程學、生物電子學、仿生學、生物氣候學、新材料學等正在滲透到建筑智能化領域中,實現人類聚居環境的可持續發展。
智能建筑可提高生活質量和工作效率,節約能源。美國西本德共同保險公司智能化大樓,人員工作效率比該地區同類常規建筑提高16% ,能耗減少38%。
節能汽車 energy-saving vehicles
是指消耗更少的燃料完成給定的運輸工作量的汽車。節能汽車的措施主要有:提高發動機燃料利用率;采用電子裝置自動調節,使發動機經常處于最佳工況;降低汽車整車質量;改進車身外形,降低風阻;車體結構的優化;采用節能的子午線輪胎等。美國正在開發的新一代汽車(PNGV),采用壓縮點火、直接噴射內燃機,每升汽油行駛里程可達34km,為現有汽車的3倍。
等離子點火技術 plasma ignition technique
是電站煤粉鍋爐的一種無油點火和低負荷穩燃技術,可節省燃料油和運行費用。等離子點火系統是由等離子發生器產生大功率等離子體(電弧,用于22t/h比鍋爐的功率為50~150kw)直接點燃煤粉,其中心溫度可達6000℃。一次風送入等離子燃燒器,經濃淡分離后,濃煤粉進入電弧核心,在約1/10s內迅速著火,并穩定燃燒;淡煤粉在補入二次風后借助已燃煤粉火焰燃燒;燃燒器向爐內噴出煤粉炬,待達到一定的爐膛溫度時,投入主燃燒器啟動鍋爐。
能源定額管理 quota management of energy
是在規定生產單位產品消耗能源的限額的基礎上,實行能源定量供應,對企業能源使用狀況進行考核、監督和獎懲。
中國從1978年開始實行能源定量用1t廢紙,可節約燒堿 300~450kg,節煤400~600kg,并減少污染物排放。利用1t廢紙,可產紙漿0.8t,節約木材3m3時,節能1.2tce,節水100m3。
回收的廢紙經打漿后,可直接生產低檔紙,如衛生紙、瓦楞紙、包裝紙等。如果再進行脫黑處理,可生產中、高檔紙,如文化用紙、新聞紙、計算機紙、照相紙等,生產成本僅為用新原料漿造紙的50%~60%。
美國能源分析與診斷中心 Energy Analysis and Diagnostic Center in USA
美國能源部1976年成立能源分析與診斷中心(EADC)為制造業中小企業無償提供能源審計服務,由政府出資,26所州立大學和4個民間研究機構負責實施。1981年以來已完成8000個審計項目。
節能診斷
組織有關專家,深入企業現場,記實取樣,調查研究,分析對比,發現問題,實際操作,預測節能潛力,提出解決辦法與實施方案的過程。
合同能源管理 contract energy management, CEM
是一種基于市場的、全新的節能項目投資機制。20世紀70年代中期以來,這種節能投資新機制,首先在市場經濟國家中逐步發展起來。
合同能源管理機制的實質是以實施節能項目取得的節能收益來支付項目全部費用的節能籌資方式。合同能源管理的實施是通過節能服務公司來運作的。中國已引進這種節能新機制,正在進行示范。
能源效率標準 energy-efficiency standards
能效標準是指規定產品能源性能的程序或法規。有時能效標準禁止能效值低于最低規定值的產品在市場上銷售。按照規定的測試程序確定產品的能源性能(通常指最大能耗或最低能效)的目標限定值。在歐洲和拉丁美洲,有時用“限額”(norm)代替“標準”(standard)表示目標限定值。能效標準可分為指令性標準、最低能源性能標準和平均能效標準三類。能效標準都可以是強制性的,也可以是自愿性的。
指令性標準要求在所有新產品上增加一個特殊的性能或安裝一個獨特的裝置。對指令性標準確定符合性是最簡單的,僅需對產品進行檢測。
性能標準主要規定最低能效(或最大能耗)指標,要求制造商在一個規定日期以后生產的所有產品都必須達到標準的規定。性能標準僅規定產品的能源性能,而不對技術或設計提出要求。性能標準允許創新和具有競爭性的設計,其符合性由實驗室確定。例如,一些電冰箱的性能標準要求每臺冰箱每年所消耗的能源不能超過實驗條件下的能耗最高值。
標準中的能效指標也可以按某種產品的年平均能效為基礎來確定。美國的汽車燃油效率標準即采用此法。日本有幾種產品的標準也采用此方法,要求制造商所生產的產品的能效達到或超過按銷售量加權計算的平均效率。銷售加權方法對推動技術進步尤其適用(例如,從白熾燈到緊湊型熒光燈,從儲水式電阻熱水器到熱泵熱水器)。提高平均能效水平可以增加新技術的市場份額,但并不完全淘汰舊技術。平均能效標準比其他標準需要更多的數據,符合性驗證也更困難。但在滿足提高產品能效目標方面,這種標準比其他標準賦予制造商更多的靈活性和創新性。與前兩種標準不同的是,平均能效標準要求制造商或政府采取措施吸引消費者購買足夠的高能效產品,以實現銷售加權平均能效的目標。
大多數能效標準(如北美)都是強制性的最低能源性能標準。一些國家(如日本、巴西和瑞士)則建立并實施自愿性或目標性協議。自愿性協議通常是在政府和制造商之間達成共識。在某些情況下(如瑞士),為了達到自愿性標準的要求,要給制造商留出一段改進的時間。如果制造商沒有遵守自愿性標準,有關機構可以用強制性標準代替。
IEA國家的能效標準如下表。
能效標準交易 energy-efficiency standards trade
在美國,新轎車達不到燃料效率標準要罰款。但標準的實施有一定的靈活性。借鑒SQ2排放權交易的經驗,實行新轎車燃料效率標準交易,即新車燃料效率比標準高的廠商,可將其節余的額度出售給未達標的廠商。
能源效率標識 energy-efficiency labels
能效標識是附在產品上的信息標簽,用來表示產品的能源性能(通常以能耗量、能源效率和/或能源成本的形式給出),以便在消費者購買產品時,向消費者提供必要的信息。能效標識可分為保證標識、比較標識和單一信息標識三類。
保證標識實質上是根據特定的標準所做的“認可標志”。比較標識是一種為消費者提供信息的標識,可以讓消費者通過性能等級或標尺對同類產品的性能進行比較。單一信息標識只提供與產品性能有關的數據。
能效標識可以單獨使用,也可以作為能效標準的補充。能效標識提供的信息可以使消費者選擇能效更高的產品型號。同時,標識也提供了一個公認的能效基準,使電力公司和政府節能機構能夠更容易地鼓勵消費者購買能效高的產品。能效標識的實施效果在很大程度上依賴于電力公司和政府節能機構向消費者提供信息的方式。
中國無氟冰箱能效項目 energy-efficiency project of nonfluorine refrigerator in China
無氟冰箱能效項目是中國第一個著眼于提高具有巨大國內市場的普通消費產品能效的綜合性市場轉換,該市場每年銷售的電冰箱大約為1000萬臺。項目于1989年開始,由美國環保國國家環保局共同發起,目的是為了終止以CFC為制冷劑的電冰箱的使用并提高中國電冰箱的能效,該項目開發的無氟冰箱的能耗可減少45%。全球環境基金(GEF)對消費者態度、市場趨勢、能效標準、銷售渠道、定價、壓縮機效率以及其他方面的研究提供了資金。開展這些研究的目的是為了找到一個清除市場障礙的綜合性方法。分析顯示:如果10年以后這種高效冰箱的市場占有率達到20%,則這些冰箱在其壽命周期內將為中國減少1 億噸以上的二氧化碳排放量。
1999年,CEI 開始向市場轉換項目提供資金,預計總金額為4000萬美元。該項目包括修訂能效標準強制性的電器能效標識、經銷商培訓及消費者教育、制造商的電冰箱設計和模型制造培訓,以及基于美國“金胡蘿卜”項目的制造商獎勵。
來源:中國能源管理培訓網